中国科大首次实现爱因斯坦反冲狭缝量子思想实验

2025年12月5日，中国科学技术大学公布一项重要研究成果：该校研究团队成功实现1927年爱因斯坦与玻尔在著名学术争论中提出的“反冲狭缝”量子干涉思想实验。这是该思想实验首次在实验上被完整实现。

研究团队通过精密操控技术，观测到了原子动量可调条件下光子干涉对比度的连续演化过程，验证了在海森堡不确定性原理约束下的互补性原理，并清晰展示了从典型量子行为向经典行为过渡的渐变路径。

相关成果已于2025年12月3日作为编辑推荐论文发表于国际知名物理期刊物理评论快报。

1927年，在第五届索尔维会议上，围绕量子力学基本原理的讨论达到高潮。为探讨“互补性原理”的边界——即一个量子体系无法同时展现出完整的波动性和粒子性——爱因斯坦提出了“反冲狭缝”这一思想实验。他设想，当单个光子穿过一个可移动的狭缝时，会因相互作用导致狭缝产生微小反冲动量。若能精确测量这一反冲信息以获取光子的粒子性特征，同时仍能观察到干涉条纹以体现其波动性，则意味着波粒二象性可以被同时捕捉，从而动摇互补性原理的基础。

对此，玻尔回应指出，任何对狭缝反冲的测量都将不可避免地引入额外动量扰动，破坏系统的相干性，致使干涉图样消失。因此，波动性与粒子性互斥共存，二者不可兼得。

这一争论触及量子世界的根本特性，成为理解量子力学诠释的核心议题之一。然而由于单光子传递给宏观物体的反冲动量极其微弱，远低于常规机械系统的动量涨落，长期以来该实验始终停留在理论构想阶段，难以付诸实践。

此次中国科大团队采用光镊技术捕获单个铷原子，并将其作为量子化的“可移动狭缝”。通过拉曼边带冷却方法，研究人员将该原子冷却至三维运动基态，使其动量不确定度压缩至与单光子反冲量相当的水平，从而满足实验所需的极高精度条件。

实验发现，随着光镊势阱深度增加，原子所受空间束缚增强，依据海森堡不确定性原理，其动量分布随之展宽。在此状态下，光子通过后引起的原子动量变化与其本底波函数的重叠程度提高，削弱了光子与原子之间的量子纠缠。这一效应直接表现为光子干涉条纹对比度的逐步提升。

通过调节势阱深度，研究实现了对干涉可见度的连续控制，完整复现了从强粒子性信息获取到高波动性表现的转变过程，与玻尔的理论预言高度一致。

这项工作并未否定爱因斯坦原始构想的深刻价值，而是借助现代量子调控技术，首次将这一百年难题转化为可操作的物理实验，实现了对量子力学基础原理的直接检验。实验结果支持互补性原理在极端条件下的普适有效性，也为量子测量、量子-经典边界等基础问题提供了新的实证依据。